虚拟仪器复习总结

1、1 虚拟仪器：由计算机硬件资源，模块化仪器硬件和用于数据分析，过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。2主要特点：功能软件化，功能软件模块化，模块控件化，仪器控件模块化，硬件接口标准化，系统集成化，程序设计图形化，计算可视化，硬件接口软件驱动化。3按照测控功能硬件的不同，虚拟仪器可分为GPIB,VXI,PXI,DAQ四种标准体系结构。GPIB通用接口总线，是计算机和仪器间的标准通讯协议。数据传输速度较低，一般低于500kbit/s，不适合对系统速度要求较高的应用。VXI总线系统，是VME总线在仪器领域的扩展，可包含256个装置，系统中各功能模块可随意更换

2、，即插即用组成新系统。PXI总线系统，是PCI在仪器领域的扩展。DAQ数据采集系统，是指基于PC计算机标准总线的数据采集功能模块。4 虚拟仪器的核心思想是利用计算机的硬件和软件资源，使本来由硬件实现的功能软件化，虚拟化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。虚拟仪器的软件框架从底层到顶层包括三部分：VISA库，仪器驱动程序，仪器开发软件。5 虚拟仪器的开发系统：（1）图形化编程语言，具代表性的有LABVIEW,HPVEE系统（2）文本式编程语言，如C语言，VisualC+，LabWindows，CVI等（3）半图形化编程语言6 虚拟仪器的软件：测试分析仪器的功能软件，采集卡的驱动

3、软件，软面板和控件软件，信号显示软件等，是核心，是最主要的特色。7 计算机及附件，微处理器和总线是最重要的因素。使用ISA总线，可以使插在电脑中的数据采集卡的采集达到2MB/s。使用PCI总线使得高速微处理器能够更快的访问数据，最高采集速度可提高到132MB/s。8 虚拟仪器中的硬件装置可分为以计算机为核心的系统装置和以传感器调理器和数据采集器构成的外围装置。系统装置一般分为计算机硬件平台和硬件接口。9 测试集成：便是对多种硬件化测试仪的测试功能进行集成，即将众多的测试仪器功能集成在PC机的一个测试功能软件库中，通过与专用的模块卡和接口搭配，使之在一台工作站或pc机中精确地实现被集成的测试仪器

4、的全部功能，从而代替了众多昂贵，复杂的测试仪器，大大减少测试仪器操作与维护的时间和复杂性，大大降低测试仪器的价格，是测试技术的进步发生质的飞跃。10虚拟仪器库：虚拟仪器的一大优点是具有集成性，通过测试集成可以将多种仪器的功能集成在一个测试功能库中；同样，也可以将多种仪器的面板控件软件化后一一集成于控件库中，并使这些仪器的功能软件和控件软件在机内的开发系统中进行软装配，软调试等软操作，最后在一台pc机内便形成一个多品种的虚拟仪器库，这时用户便可以从仪器库中调用自己需要的仪器或由若干仪器组成实验研究所需要的测试系统。11基于pc平台的虚拟仪器的基本构成：1）虚拟仪器的软件，2）计算机及附件，3）数

5、据采集卡，4）传感器+前置放大器+前置抗混滤波（用以调理测试信号）1虚拟仪器的数据采集系统数据采集：是将被测对象的各种参量通过相应传感元件做适当转换后，再经信号调理，采样，量化，编码，传输等步骤，最后送到计算机进行数据处理或存储记录的过程。数据采集系统（DAS）：用于数据采集的成套设备，是虚拟仪器与被测对象联系的桥梁，是获取信息的重要途径。2 数据采集系统的组成，它的输入信号分为模拟信号和数字信号。模拟信号是由模拟类传感器输出的信号经调理后得到，数字信号由数字类传感器输出的数字信号或开关信号得到。传感器的作用：把非电量转变为电量。放大器用来放大和缓冲输入信号。对多个物理量进行采集，即所谓多路巡

6、回检测，这可通过多路模拟开关来实现。多路模拟开关之后是模拟通道的转换部分，它包括采样/保持和A/D转换电路。采样/保持器输出的信号送至模数转换器，模数转换器是模拟输入通道的关键电路。3 数据采集系统的总线技术总线：是传送信息的公共通道，是数据采集系统的重要组成部分。采用总线技术，可大大简化系统结构，增加系统的开放性，兼容性，可靠性和可维护性，易于标准化和组织规模生产，从而降低系统造价。4主要性能指标1）系统分辨率：是指数据采集系统可以分辨的输入信号最小变化量。2）系统精度：模数转换精度，是指当系统工作在额定采集速率下，每个离散子样的转换精度。模数转换器的精度是系统精度的极限值。系统精度是系统的

7、实际输出值与理论输出值之差。3）采集速率：系统通过速率，吞吐率和采集速率，是指在满足系统精度指标的前提下，系统对输入模拟信号在单位时间内所完成的采集次数。4）动态范围：是指某个物理量的变化范围。是指信号的最大幅值和最小幅值之比的分贝数。5）非线性失真：也称谐波失真。当给系统输入一个频率为f的正弦波时，其输出中出现很多频率kf的新的频率分量的现象。5信号的调理原理：对信号的前端预处理过程。6 数据采集原理：将连续的模拟信号转换成计算机可接受的离散数字信号，需要两个环节：首先是采样，由连续模拟信号得到离散信号；然后再通过A/D转换，变为数字信号。7香农采样定理：对一个有限频谱(-<<的

8、连续信号，当采样频率时，采样函数才能不失真地恢复到原来的连续信号。8典型模拟信号采集系统的基本组成：多路模拟开关，程控放大器，采样/保持器，A/D转换器，D/A转换器，模拟放大与平滑，数据缓冲与接口电路，定时与控制逻辑。9仪器的标准总线系统（1） GPIB总线系统：（2） VXI总线系统；（3） PXI总线系统；10基于pc的总线系统（1） ISA,EISA总线系统（2） PCI,Compact PCI总线系统11串行总线系统（1） RS-232C串行接口：是计算机与外设之间以及计算机与测试系统之间最简单，最普遍的连接方法，采用25线连接器。其最高单向数据传输率为20kbit/s，此时的最大传

9、输距离为15米。（2） RS-232C与TTL的转换：由RS-232C的电气规范，可以得出发送时RS-232C的逻辑1电平在-5-15V范围内，而逻辑0电平在+5+15范围内。他要求RS-232C的接收器必须能识别低至+3V的信号作为逻辑0，而能识别高至-3V的信号作为逻辑1.因此，RS-232C的逻辑电平与TTL逻辑电平是不兼容的，所以接口设计时必须实现逻辑和电平转换。12通用串行总线USBUSB通过一根四线电缆来传输信号与电源，其中D+和D-是一对差模信号线，而Vbus和GND则提供了+5V的电源，可以有条件的给一些设备（包括Hub）供电。（1） usb外设由usb主机和usb设备构成。U

10、sb主线包括三层：设备驱动程序，usb系统软件，usb主控制器。两个软件接口：usb驱动接口，主机控制驱动接口。（2） USB的主要优点（1）速度快     USB有高速和低速两种方式，主模式为高速模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s。（2）设备安装和配置容易 安装USB设备不必再打开机箱，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。（3）易于扩展 通过使用Hub扩展可拨接多达127个

11、外设。标准USB电缆长度为3m（5m低速）。通过Hub或中继器  可以使外设距离达到30m。（4）能够采用总线供电     USB总线提供最大达5V电压、500mA电流。（5）使用灵活     USB共有4种传输模式：控制传输(control、同步传输(Synchronization、中断传输(interrupt、批量传输(bulk，以适应不同设备的需要。（3） 1虚拟仪器的数据处理方法（4） 其目的：1）还原采集到得电信号的物理意义。2）消除数据中的干扰信号。3）分析计算数据的内在特征。（5） 按处理的

12、方式分：实时处理，在线处理，离线处理。（6） 按处理的性质可分为：预处理，二次处理。（7） 预处理：剔除数据奇异项，去除数据趋势项，对数据进行数字滤波，对数据进行转换等。（8） 二次处理有各种数字运算，如微分，积分等。（9） 2 标度变换：工程变换，把A/D转换的数字量变换为带有工程单位的数字量。（10） 3 中值滤波法：对某一个被测量连续采样N次（一般N为奇数），然后把N个采样值从小到大排队，再取中值作为本次采样值。（11） 4 奇异项：是指采样数据序列中有明显错误（丢失或粗大）的个别数据。（12） 5 趋势项：周期大于数据采样周期的频率成分。交变分量：周期小于数据采样周期的频率成分。（13

13、） 6信号的时域分析：直接在时域内对信号的波形，幅值及与幅值有关的统计特性等进行分析。主要包括概率密度函数，时域波形分析，时域平均，卷积和相关分析等。概率密度函数：是表示信号幅值落在指定区间内的概率。（14） 7随机信号的概率密度函数：是表示信号幅值落在指定区间内的概率。提供了随机信号沿幅值域分布的信息。（15） 相关分析：是信号分析的重要组成部分，在检测系统，控制系统，通信系统等领域广为应用，它主要解决信号内部联系问题，信号与信号之间的相似性问题。（16） 8数字信号频域（谱）分析：将测试信号的时间历程通过傅里叶变换变到频域内进行的分析和处理。最常用的信号分析方法。（17） 9数字信号时频分

14、析：用于分析非平稳信号的局部特征。虚拟仪器处理的信号按性质可分为平稳信号和非平稳信号。平稳信号的特征参数与时间无关，而非平稳信号的特征参数与时间有关。时间定位，频率定位，窗函数，小波分析。（18） 10虚拟仪器的显示输出系统包括仪器控制面板显示，模拟表盘显示，数码管显示，图形和图片显示等几种方式，其中图形显示方式最为普遍。（19） 1 LABVIEW图形编程系统（20） VI函数或子程序。VI由程序前面板，框图程序和图标/连接器组成。三种操作模板：工具模板，控制模板，功能模板。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，模拟真实仪表的前面板。当前面板窗口处于活动状态时，工具模板和控制模板可用。（2

15、1） 框图程序：由端口，节点，图框和连线构成。（22） 节点：类似于文本语言程序的语句，函数或者子程序。（23） 端点：是只有一路输入/输出，且方向固定的节点。（24） 图框：是LABVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。（25） 连线：是端口间的数据通道，他们类似于普通程序中的变量赋值过程。（26） 2 LABVIEW有两种节点类型函数节点和子VI节点。两者区别在于：函数节点是LABVIEW以编译好了的机器代码供用户使用，而子VI节点是以图形语言形式提供给用户的。（27） 3 数组，簇和字符串。（28） 数组：是一组具有相同数据类型的元素的集合，可以是数值型，布尔型，字符型等，也可以是簇，

16、但不能是数组。必须同时都是控制件或同时都是显示件。（29） 簇：类似于数组，但它其中的元素可以使各种数据类型，如数字型，布尔型，也可以是数组，但不能把输入控制和输出显示同时放入其中。（30） 字符串：是一系列ASCLL字符的集合。（31） 4创建数组：首先要建一个数组的“壳”，然后在这个壳中置入数组元素。在建立数组控制或显示时，在ControlArray Cluster子模板中创建数组，放置在前面板窗口。（32） 5图形显示：Chart是将数据源在某一坐标系中，实时，逐点地显示出来，它可以反映被测物理量的变化趋势。而Graph则是对已采集数据进行事后处理的结果。（33） 6建立子VI：右键点击前面板窗口右上角的图标面板，从弹出菜单中选择Show Connector功能。LABVIEW将会根据控制和显示的数量选择一种连接器端口模式。（34） 1在 LabVIEW 中有哪三种用来创建和运行程序的摸板？它们都有哪些用途？（35） 答：工具模板，控制模板和函数模板。工具模板包括了程序的创建，修改和调试时用的工具。控制模板：主要用于在前面板中添加指示器和控制器。函数模板：用于创建框图程序，它包含了很多函数子模板。（36） 2移位寄存器的用途是什么？怎么初始化移位寄存器？（37）